平房仓横向与竖向通风降温失水率研究

  • 时间:2016-07-26

张云峰 石天玉 王建民 姜玉星 赵会义 

横向通风技术是指将主风道布置在檐墙两侧,支风道按照设计通风途径比要求,以开口向上的立式梳状固定在墙上,作业时在粮面覆膜,通过在一侧利用风机从另一侧环境吸风或环流吸风,在膜下粮堆形成负压并产生穿过整个粮堆的横向气流,从而完成冷却降温、均温均湿、气调储藏、环流熏蒸等功能。主要技术特征为风道上墙、全程覆膜、负压吸风及穿过粮堆的气流由竖变横。浙江粮食局直属粮油储备库于2013年至2015年间,在本库开展了系统性的实仓试验研究,试验内容包括横向通风系统空载阻力及实仓装粮后阻力分布规律、环流熏蒸、通风降温、充氮气调、多参数粮情测控、降温丢水、实仓气密性分布规律等项目。在实仓应用中发现横向通风技术的主要优点为:一、通风死角少,通风路径长,均匀性好,降低了能耗;二、实现粮食保水通风,减少水分损耗;三、出入库作业时机械化程度高;四、作业时无需装拆地上笼,降低保管员劳动强度;五、无需在粮食出库时将地上笼拉回器材库,节省存放空间;六、由于地上笼固定安装在檐墙上,有利于消除人、机同时作业的安全隐患;七、在冬季通风时,无需揭膜,降低工作强度及减少薄膜损耗;八、由于膜套保护较好,能提高仓房气密性,提高熏蒸和气调能效。

利用分别安装有横向通风系统的散装早籼谷P21号仓和竖向通风系统的散装小麦P22号仓,进行通风期间水分损失对比试验,探讨横向通风与常规竖向通风系统在降温通风时的水分损失及水分均匀性分布情况。

1 材料与方法

1.1 仓房

选取P21、P22作为本次试验的仓房,仓房基本情况详见表1。

1.2 风道

P21号仓为横向风网系统,在仓房檐墙(南北二侧)各开四个通风孔,在仓内沿墙(南北)地坪上各铺设一条四分之一圆主风道,并相隔一定尺寸开支风道口,在支风道口自下而上安装铺设支风道,并紧贴、固定在檐墙上,支风道长为4m,整仓共铺设支风道36条,开成通风时冷风北进南出的横向路径体系。途径比为1.15,详见图1~图2。

P22号仓为竖向风网系统,东、西各两个通风口,为一机三道地上笼通风道,支风道开孔率30%,支风道长25m,粮堆高度5.0m,风道间距2.4m,途径比1.25。

1.3 储粮基本情况

P21、P22号仓分别储存2014年入库的早籼谷2210t、小麦3558t,详见表2。

1.4 风机

P21仓南侧檐墙4个风道口连接4台3kW的混流风机,风压486~670Pa,风量7136~11993m3/h。

P22仓东面和西山墙两个风道口各安装2台2.2kW的轴流风机,共4台风机,风压460Pa,风量6600m3/h。

1.5 粮情检测系统

每仓各安装一套符合LS/1203—2002的温度检测系统和温湿水一体化检测系统。 

1.5.1 温度检测系统

按LS/T1203—2002粮情测控系统布点要求进行布置,上下、四周传感器距粮面、仓壁、仓底均0.3m。其中P21东西向布置12排,南北向布置5排,分四层布置,粮堆内共计布置传感器240个;P22东西向布置13排,南北向布置5排,分四层布置,粮堆内共计布置传感器260个。

1.5.2 温湿水一体化检测系统

在粮面取13个点,每点深度方向分4层,共52个检测点。P21号仓布点如图3所示,P22号仓布点如图4所示。

 

3 P21仓温湿水一体化检测系统检测点分布立体图

 

4 P22仓温湿水一体化检测系统检测点分布立体图

1.6 器材和仪器

智能热线风速计2台,毕托管2根,手持式压力仪2台,U型压力计2个,手持温湿度测定仪1台,锥形集风筒2个,标准测试管4根,电表2个。

1.7测试内容和参数

1.7.1 参数测定

当粮堆和外界环境符合通风条件时,同时对两个试验仓进行通风作业,通风时长也尽量一致,记录通风开始、结束的时间和能耗情况。

用温湿水一体化检测系统每小时定时检测每个通风口、两侧窗户通风时的温湿度。 

1.7.2 系统总风量和总阻力测定

根据有关公式计算出系统总风量和总阻力。

1.7.3 粮面表观风速测定

用风速仪和放大50倍的锥形集风筒测定P22通风时粮面各点的表观风速,测点间距1.5m,离墙0.5m,按网状部置。 

1.7.4 粮堆温湿度和平衡水分检测

利用粮堆温度检测系统和温湿水一体化检测系统,通风期间每小时定时检测粮堆温度湿度和粮食平衡水分;粮食储存期间每6h检测一次粮堆温度湿度和粮食平衡水分。

2 结果与分析

按照储粮机械通风技术规程(LS/T1202-2002)中7.1条款的规范性要求执行。

每次通风开始:t2-t1≥8℃;每次通风进行时:t2-t1>4℃;每次通风结束时:t2-t1≤4℃;P21仓最终结束通风时要求t出口≤t+3℃;P22仓最终结束通风时要求粮堆粮温梯度≤1℃/m粮层厚度,粮堆上层与下层的温度差≤3℃。(其中t2为粮堆平均粮温,℃;t1为仓外大气温度,℃。因试验仓粮食水分在安全水分以内,所以不再考虑湿度条件。

2.1 累计通风时间和能耗测试数据

P21、P22号仓通风降温时间及通风总时长、单位通风量、降温幅度、能耗等情况,详见表3。

 

2.2 两个试验仓通风期间水分变化

P21、P22号仓粮食的4个水平切面、5个垂直切面在通风期间的水分检测值见表4~表5。

 

 

2.3 两个试验仓通风后水分均匀性检测数据

P21、P22号仓通风24h后各个检测点的粮食水分见表6~表7。

  

2.4各项参数的计算

2.4.1失水率的计算

粮堆在通风过程中单位质量粮食的水分损失称为通风失水率,用符号Ms表示,定义式为;

Ms=ΣM/G×100%=×100%,式中:Ms—通风失水率kg/kg或%;ΣM—通风实际累计水损失量,kg;G—粮堆初始总质量,kg;w1、w2—分别为粮堆通风前、通风后的平均水分,%。

P21仓失水率为:MP21=×100%=0.1126%

P22仓失水率为:MP22=×100%=0.3333%

 

2.4.2 通风单位水耗的计算

粮堆在通风过程中单位质量粮食温度降低1℃所损失的水分称为通风单位水耗,用符号Mt表示,定义式为:Mt=(%/℃),式中:Mt—通风单位水耗,kg/kg/℃或%/℃;t1—通风前粮堆平均温度,℃;t2—通风结束24h后粮堆平均温度,℃。

P21仓通风单位水耗为:MtP21==0.0089%/℃

P22仓通风单位水耗为:MtP22==0.0314%%/℃

 

2.4.3 通风失水速率计算

粮堆在通风过程中,单位质量粮食每小时所损失的水称为通风失水速率,用符号ω表示,定义式为:ω=×100%=,式中:ω—通风失水速率,%/h;ΣM—通风实际累计水损失量,kg;G—粮堆初始总质量kg;τ—累计通风时间h;Ms—通风失水率%。

P21仓通风失水率为:ωP21==0.0005%/h

P22仓通风失水率为:ωP22==0.0024%/h

 

2.4.4通风后平衡水分均匀性计算

用粮食平衡水均匀度来衡量粮堆全部水检测点水分布均匀程度,即用100%减去粮堆所有水检测点实测水变异系数的百分数。计算公式为:

Jm=100%-Cm=100%-×100%=100%-×100%

式中:Jm—粮堆平衡水均匀度(%),其值越接近100%,均匀度越好;Cm—粮堆水的变异系数,等于所有检测点的水标准差与平均水的比值,反映了各检测点粮食平衡水的离散程度的相对大小,值越小则均匀性越好;Sm—为样本标准差(Standard deviation),与样本均值量纲相同,反映了样本离散程度,在此为所有检测点粮食平衡水的标准差,即Sm== ;mi—任一检测点的粮食平衡水实测值,m/s;i—检测点的序号,i=1,2,3,,,,,,,n;m—所有测点粮食平衡水的平均值,m/s;n—检测点总数量。

P21仓通风后平衡水分均匀度:

Jm=100%-=92.60%

P22仓通风后平衡水分均匀度:

Jm=100%-=93.30%

 

2.5 分析

2.5.1 通风降温失水情况汇总

P21、P22号仓通风后单位通风量、粮温降幅和水分损耗等效果,详见表8。

 

2.5.2  通风降温和失水效果及能耗评价

从表8可知,装有横向通风系统的稻谷平房仓P21与装有竖向通风系统的小麦平房仓P22相比,当单位通风量为0.8倍、降温幅度为1.19倍时,降低每度粮温的通风水分损耗为0.283倍,即通风单位水分损耗降低了71.7%,通风失水速率为0.21倍,通风单位能耗基本相同。说明横向通风系统具有比竖向通风系统更好的降温保水通风效果。 

2.5.3 通风后水分均匀性评价

从表8可知,横向和竖向通风后平衡水分均匀性无明显差异。这说明横向通风与常规竖向通风在通风降温结束后,都能取得较为均匀的水分分布。从通风降温结束后粮堆内存在的水分梯度分析,横向通风和竖向通风都符合储粮技术规程LS/T1202—2002中7.1.2结束降温通风条件c款规定:粮堆水分梯度≤0.3%/m粮层厚度,粮堆上与下层温度差≤1.5%。 

3 结论

试验证明,采用横向通风系统可以以较低的单位通风量达到较好的降温保水效果,通风失水率、单位水耗低于竖向通风,通风能耗和通风后水分均匀性与竖向通风系统无明显差异。

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